My微机原理1.2~2.2(8086处理器).ppt

微机原理及应用 ———孙健 Ieeeer@ 课 程 内 容 微处理器：CPU的编程结构、内部组成及外部功能特性，CPU的操作和时序。 指令系统：寻址方式（涉及存储器的组织和管理）及80x86指令系统。 汇编语言程序设计：汇编语言程序格式，汇编语言的基本语法，BIOS与DOS功能调用，汇编语言程序的上机调试。 存储器及其接口：存储器结构，工作原理，存储器与CPU的连接，存储空间的扩展 ；高速缓存（Cache)，。 输入与输出：程序控制方式，中断及中断控制器,DMA方式及DMA控制器。 可编程I/O接口电路：串行接口，并行接口，定时器/计数器，A/D、D/A等。 总线及常见总线标准（ ISA, EISA, PCI, USB等）。 80x86/Pentium 保护模式的软件体系结构 高性能微处理器的先进技术及典型结构 MIPS/ARM/80x86/Pentium 1.3 计算机的工作原理 1. 微处理器与系统结构(模型机) 2. 通用CPU指令执行过程 微处理器与系统结构 1 微处理器的基本结构 算术逻辑单元 ALU 控制与定时部件－控制器 片内总线 寄存器阵列 1.1 算术逻辑单元－ALU ALU对二进制进行算术运算和逻辑运算的部件，这些运算包括： 算术运算：加、减、乘除可以通过多次的加减和移位来实现，因此如果一个微处理器实现了基本的加减和移位操作，乘除就可以通过软件编程实现，当然为了提高运算速度，现在微处理器通常都用硬件实现乘除。数有定点和浮点之分，浮点运算也可以由硬件和软件实现；还有一类运算是关于10进制数的（BCD） 逻辑运算：求补、非、与、或、异或、移位 具体的运算规则在介绍指令时候会详细说明 1.2控制与定时部件－控制器 1.指令部件 程序计数器PC 指令寄存器IR 指令译码器ID 2时序部件 时钟系统（脉冲源和起停逻辑） 时序发生器 3微操作控制部件 组合逻辑控制 微程序控制 IR用于存放正在执行或即将执行的指令； PC用于存放下一条指令的存储单元地址，它具有自动增量计数的功能； ID用于对IR中的指令进行译码，以确定IR中存放的是哪一条指令；控制电路负责产生时序脉冲信号，并在时序脉冲的同步下对有关的部件发出操作控制命令，以控制各个部件的动作。 2 时序部件 时钟系统（脉冲源和起停逻辑） 脉冲源产生的脉冲信号是CPU工作时的时序驱动。两个相邻脉冲前沿的时间间隔为一个时钟周期，或称T状态。早期的CPU的内部运行速度和外接脉冲频率基本相当，现代CPU内部增加了倍频电路，可以工作在数倍于外接时钟频率下工作 时序发生器 一条汇编指令总是分解为若干基本动作，或者说是伪操作，每个基本动作，例如指令从数据总线进入指令寄存器，ALU运算结果送到累加器，等等。这些动作实际上就是开启和关闭某些内部数据通路上的开关，信号形式表现为一定宽度的脉冲。这些脉冲信号由时序发生器(脉冲、节拍分配器)产生，在控制部件作用下送到相应的位置。 1.3 控制单元(举例) 控制单元的两种实现方法(组合逻辑和微程序控制)： RISC处理器和Pentium 的大多数简单指令都是以所谓“硬连线”(hard wired)逻辑来实现的，即指令通过“指令译码器”译码后直接产生相应的控制信号来控制指令的执行，从而获得较快的指令执行速度。 而对于那些复杂指令的执行则是以“微程序”(microprogramm-ing)方式实现的。按照微程序实现方式，是将指令的操作变成相应的一组微指令序列(即微程序)并预先存放在一个只读存储器(Microcode ROM)中，当指令执行时，按安排好的顺序从只读存储器中一条一条读出这些微指令，从而产生相应的操作控制信号去控制指令的执行。8086是这种方式。 指令集结构Instruction Set Architecture (ISA) 程序员真正可见的部分，作为软硬件的接口(Interface)或边界(Boudary) “... the attributes of a [computing] system as seen by the programmer, i.e. the conceptual structure and functional behavior, as distinct from the organization of the data flows and controls the logic design, and the physical implementation.” – Amdahl, B